lien entre le programme d'optique au collège et les ressources du ...

LIEN ENTRE LE PROGRAMME D’OPTIQUEAU COLLÈGE ET LES RESSOURCES DUPALAIS DE LA DÉCOUVERTELe Palais de la Découverte est un outil considérable, à travers les exposés, les ateliers et lesexpositions permanentes et temporaires qu’il propose, pour « susciter l’appétence des élèves pour lessciences, condition nécessaire à l’émergence des vocations scientifiques », l'un des objectifs des sciencesphysiques au collège. Nous nous intéresserons ici plus particulièrement à la liste des ressources du Palaisde la Découverte qui viennent illustrer et appuyer le programme d’optique au collège.Lors d’une visite au Palais de la Découverte,chaque élève peut participer à deux animations(exposé et/ou atelier). Avec un supplément, lesélèves peuvent assister à une séance auPlanétarium.LES ESPACES CONCERNÉSLes cinq espaces qui seront exploités sont toussitués au niveau 1 du Palais de la Découverte :-salle Lumière (Y sur le plan)-salle Soleil et Planètes (J sur le plan)-salle Optique Géométrique (W sur le plan)-espace Eurêka-Planétarium (K sur le plan)Pour chaque niveau scolaire, les connaissances et capacités à valider seront mises en relation avec lesexposés, ateliers et expositions permanentes proposés par le Palais de la Découverte, avec despropositions d’exploitation avec les élèves.CLASSE DE CINQUIEMEC - La lumière : sources et propagation rectiligneComme l’eau et l’électricité, la lumière fait partie de notre environnement quotidien. Son introductionprolonge les approches faites à l’école primaire. La propagation rectiligne, élément nouveau par rapport àl'école primaire, est un excellent moyen d'introduire la notion de modèle avec le rayon lumineux.Connaissances et capacités-Le Soleil, les étoiles et leslampes sont dessources primaires ; la Lune,les planètes, lesobjets éclairés sont des objetsdiffusants.-Pratiquer une démarcheexpérimentale mettanten jeu des sources delumière, des objetsdiffusants et des obstaclesopaques.Ressources du Palais de la découverteExposés Ateliers ExpositionsSources lumineusesSalle Soleil etPE66YPlanètes : PrésentationPrésentation de différentesdes astres du systèmesources lumineuses et dessolaire. L’élève peutphénomènes qui conduisentparcourir la salle età l’émission de lumière.déterminer parmi lesUne chimie lumineusecorps stellairesCE51Yprésentés les objetsPrésentation de sourcesdiffusants et les sourceslumineuses « originales ».de lumière.Lien avec les SVT et laSalle Lumière :Chimie dans l’émission deLa famille au complet :lumière.Dans le « salon delumière » les élèvesdoivent trouver, parmi

-Pour voir un objet, il faut quel’œil en reçoivede la lumière.-La lumière se propage defaçon rectiligne.-Le trajet rectiligne de lalumière est modélisépar le rayon lumineux.-Faire un schéma normalisédu rayon lumineuxen respectant lesconventions.-Une source lumineuseponctuelle et un objetopaque déterminent deuxzones : une zoneéclairée de laquellel'observateur voit la source, etune zone d'ombre (appeléecône d'ombre) delaquelle l'observateur ne voitpas la source.-Ombre propre. Ombreportée.-Faire un schéma du côned'ombre en respectantles conventions.Les cadranssolaires AA03JL’ombre portée duSoleil au service dela mesure du temps.S’inscrit aussi dansl’Histoire des Arts(science ettechnique)Fabrication d’uncadran solaire.RQ : cet atelier estobligatoirementassocié à unparcoursles objets visibles surl’image du salon, ceuxqui sont sources derayonnements, et ceuxqui diffusent la lumièrequ’ils reçoivent. Ilspeuvent s’aider d’uneanalyse IR.Salle Lumière :Zone historique :Les élèves découvrentl’évolution du conceptde vision dansl’Antiquité et les grandsnoms de la scienceassociés (Démocrite,Euclide, Aristote etsurtout Alhazen).La famille au complet :On voit la scène quandla lumière visible (et passeulement) l’éclaire.Salle Lumière : Zonehistorique : évolution duconcept de vision etnaissance de l’optique :représentation desrayons lumineux parAlhazen.Salle OptiqueGéométrique :- Les élèves découvrentl’utilisation du rayonlumineux dans lesconstructions en optiquegéométrique et prennentconscience qu’il n’a pasde réalité physique(seule la notion defaisceau lumineux en aune). On peut parexemple montrerl’utilisation des rayonslumineux pour expliquerle principe du miroirardent au centre de lasalle.Salle Soleil etPlanètes :Animation jour/nuit pourappliquer la notiond’ombre propre.Animation saison pourles notions d’ombrepropre et d'ombreportée.

-Description simple desmouvements pour lesystème Soleil-Terre-Lune.-Phases de la Lune, éclipses.Interpréter le phénomènevisible par unobservateur terrestre dansune configurationdonnée du système simplifiéSoleil-Terre-LuneLes phases de lapédagogique intitulé« les cadranssolaires » , àréaliser enautonomie dans lasalle des planètes.Le système solaire AE21J-3 èmePrésentation du système Lune AA03Jsolaire, et la place de la La Lune et leTerre et de la Lune dans le calendrier. Quand,système solaire.pendant combien deLes éclipses de Soleil et temps et dansde Lune AE22Jquelle direction duÉtude des mouvements de ciel peut-onla Terre et de la Lune, observer un quartierrappels historiques, de Lune, une pleinemécanisme des éclipses de Lune ? Qu’est-ceSoleil et de Lune. Les que la nouvelleprochaines éclipses dans le Lune ?monde.Les cadrans+ PLANETARIUM : solaires AA03JSEANCES CM-5 ème ou 6 ème (voir ci-dessus)Salle Soleil etPlanètes :Animations :-phase de la Lune-éclipsesÀ exploiter en termesd’ombre propre, côned’ombre, ombre portée,pénombre.CLASSE DE QUATRIEMEC. La lumière : couleurs, images, vitesseC1 - Lumières colorées et couleur des objetsCette partie prolonge le programme de cinquième par la notion de couleur. Le monde qui entoure l’élèveest un monde coloré. Cette rubrique, qui constitue une première approche de la couleur abordéeégalement en Arts Plastiques, est un terrain favorable pour une importante activité d’expérimentationraisonnée.Connaissances et capacités-La lumière blanche estcomposée de lumièrescolorées.-Suivre un protocole pourobtenir un spectre continu pardécomposition de la lumièreblanche en utilisant un prismeou un réseau.Ressources du Palais de la découverteExposésExpositions permanentesSources lumineuses PE66Y Salle Lumière :Décomposition spectrale de Zone historique : XVIIe siècle: Lesdifférentes sources lumineuses. élèves découvrent les controversesLumière sur les couleurs PE62Y sur l’origine de la couleur et lesDécomposition de la lumière grands noms de la science associés.blanche. Disque de Newton. Puis les expériences historiques deNewton viendront clore le débat :-dispersion de la lumière par unprisme-le disque de Newton-les anneaux de Newton.La pluie révèle les couleurs : L’arcen-cielrésulte de la décompositionde la lumière blanche provenantdu Soleil, identique à la dispersionde la lumière par un prisme. Lescouleurs de l’arc-en-ciel s’étalent durouge au violet, toujours dans lemême ordre. L’élève doit replacerles bandes de l’arc-en-ciel dansl’ordre.Une variété de signatures- le coindes spectres : des spectroscopes àréseau sont à disposition pour uneanalyse spectrale de différenteslampes. On peut par exemple

-Éclairé en lumière blanche,un filtre permet d’obtenir unelumière colorée par absorptiond’une partie du spectre visible.-Des lumières de couleursbleue, rouge et vertepermettent de reconstituerdes lumières colorées et lalumière blanche par synthèseadditive.-Faire des essais avecdifférents filtres pourobtenir des lumières coloréespar superpositionde lumières colorées.-La couleur perçue lorsqu’onobserve un objet dépend del'objet lui-même et de lalumière qui l'éclaire.Lumière sur les couleurs PE62YSynthèse additive et applications :couleurs complémentaires,télévision etc…Lumière sur les couleurs PE62YExplication de la couleur desobjets en fonction de l’éclairage.Matière colorantes CE440Découverte de la différence entrechercher la lampe dont le spectre estle plus proche de celui de la lumièreblanche et essayer de fairel’analogie entre le montage enclasse et les spectroscopes mis àdisposition du public.Salle LumièreSynthèse soustractiveMontage destiné à montrer commenton peut obtenir de nouvellescouleurs, non en ajoutant différentsfaisceaux colorés, mais eninterposant des filtres colorés sur letrajet d’un même faisceau. Lesélèves pourront ainsi manipulerdifférents filtres et tirer lesconclusions sur leurs effets vis-à-visde la lumière.Écran tactile couleur et lumière :Effet d’un filtre sur la lumière,utilisation des filtres au cinéma etplus précisément le procédé de nuitaméricaine (où l’on interpose un filtrebleu devant la caméra pour l’effet denuit, les ombres en plus…)Salle Lumière :Couleurs et LumièresTrois spots de couleurs bleue, rougeet verte sont en mouvement. C’estlors de la superposition des troisspots que l’on a une impression delumière blanche. Les élèvesdécouvriront sur l’écran tactileassocié à cette animation lesapplications de la synthèse additive(écran télévision…)Borne interactive : Des mondescolorés ou pas :Application de la synthèse additiveau phénomène de vision chezl’homme et chez certains animaux(abeille, crotale). L’élève découvreque la sensation de couleur résultede la synthèse additive effectuée parle cerveau suite aux signauxenvoyés par les trois types de cônesde la rétine.Espace Eurêka-Utilisation des filtres colorés pourdonner l’illusion de la 3D.-« poisson vert et grenouille rouge »et d’autres illusions où en fixantl'objet on « fatigue » un des troiscônes pour n’observer ensuite que lacouleur complémentaire.Ces animations constituent uneapplication de la synthèse additive.Salle Lumière :Deux jaunes si différents :L’élève éclaire des rubans dediverses couleurs avec trois lumièresdifférentes : blanche, jaune composé

-En absorbant la lumière, lamatière reçoit de l’énergie.Elle s’échauffe et transfèreune partie de l’énergie reçue àl’extérieur sous forme dechaleur.colorants et pigments et de leursapplications spécifiques.(mélange de vert et de rouge) oujaune pur. Explication disponible auniveau de l’écran tactile.Salle UV :Sous éclairage ultraviolet, les objetsapparaissent d’une couleurdifférente. Les élèves peuventobserver la couleur de leursvêtements sous la lampe UV et voirdes objets qui ont des propriétésétonnantes sous la lampe UV : lesobjets fluorescents etphosphorescents.La famille au complet : Les élèvesobservent le « salon de lumière »sous différents types d’éclairages etprennent ainsi conscience del’importance de l’éclairage dans lacouleur des objets.Salle Optique GéométriqueLe miroir ardent :La lumière d’un spot de 1000W estconcentrée au moyen de deuxmiroirs sphériques sur l’eau d’unbécher qui atteint les 80°C.Salle Géoscience :Une maquette de four solaire et unede panneaux photovoltaïques sontdisponibles dans la salleGéoscience.Salle Soleil et Planètes :La lumière du Soleil comme sourced’énergie principale de la Terre. Onpeut demander aux élèves de relierla température externe maximaledes planètes (données sur lepanneau à l’entrée) et leur distanceau Soleil.Un parcours intermusée avec le musée d’Orsay sur la couleur illustre et prolonge très bien leprogramme de quatrième et permet un lien trop peu exploité entre science et art, à faire avec leprofesseur d’Arts Plastiques en particulier dans le cadre de l’Histoire des Arts.C2 - Que se passe-t-il quand la lumière traverse une lentille ?Dans le prolongement de la problématique introduite en classe de cinquième « comment éclairer et voir unobjet ? », et « comment se propage la lumière ? », cette rubrique propose une première analyse de laformation des images.Connaissances et capacités Ressources du Palais de la découverte-Dans certaines positions del’objet par rapport à la lentille,une lentille convergentepermet d’obtenir une imagesur un écran.-Obtenir avec une lentilleconvergente l’image d’unobjet sur un écran.-Il existe deux types delentilles, convergente etdivergente.-Une lentille convergenteExposésRéflexion réfraction PE61WExpériences autour des lentillesconvergentes et divergentes.Application des lentilles auquotidien.Expositions permanenteSalle Optique Géométrique-Principe des lentilles convergenteset divergentes, notion de foyer.Voir la démonstration des panneaux30 et 33 pour les propriétés deslentilles convergentes. Voir ladémonstration du panneau 34 enparticulier pour illustrer les propriétésdes lentilles divergentes.-Deux grandes lentilles : une lentilleconvergente et l’autre divergentepermettent de faire des expériences

concentre pour une sourceéloignée l’énergie lumineuseen son foyer.-Mettre en œuvre un protocolepour trouverexpérimentalement le foyerd’une lentille convergente.-La vision résulte de laformation d’une image sur larétine, interprétée par lecerveau.-Les verres correcteurs et leslentilles de contactcorrectrices sont des lentillesconvergentes oudivergentes.-Présenter les éléments del'œil sous une formeappropriée : modèleélémentaire.-Pratiquer une démarcheexpérimentale pourexpliquer les défauts de l'œilet leur correction(myopie, hypermétropie)Réflexion réfraction PE61WExpériences autour des lentillesconvergentes et divergentes.Application des lentilles auquotidien.grandeur nature. Les élèves peuventse positionner de part et d’autre deslentilles et observer l’image de leurscamarades en fonction de leurdistance par rapport à la lentille.-Le principe du sténopé (ouchambre photographique):l’expérience est reproduite avec unelentille convergente dans le mur dela salle qui donne l’image, sur unverre dépoli, des arbres quientourent le Palais des glaces. Onexplique aussi l’importance dudiaphragme dans cette expérience.Salle Optique GéométriqueSalle lumièreDes mondes colorés ou pas :Cette borne permet de comprendrecomment l’homme perçoit lescouleurs et donc commentfonctionne l’œil.Espace Eurêka-De nombreuses expériences envisite libre proposent des illusionsd’optique qui permettent aux élèvesde voir comment on peut jouer avecla vision, et donc les limites de lavision : persistance rétinienne, jeuxde contraste, lien entre visuel ettactile… etc.-un atelier propose différents testsaux élèves pour tester leur vue (testde myopie, de daltonisme etc.),permettant d’introduire les défautsde l’œil.C3 - Vitesse de la lumièreLes élèves ont vu en cinquième que la lumière se propage en ligne droite. L'étude de la vitesse de lalumière est l’occasion d’aborder un autre exemple de relation de proportionnalité.Connaissances et capacités Ressources du Palais de la découverte-La lumière peut se propagerdans le vide et dans desmilieux transparents commel’air, l’eau et le verre.Vitesse de la lumière dans levide (300 000 km/s).-Traduire par une relationmathématique la relation entredistance, vitesse et durée.Calculer, utiliser une formule.ExposésRéflexion réfraction PE61WLa lumière se propage dans lesmilieux transparents mais savitesse dépend du milieu. Uneconséquence : la réfraction de lalumière.Expositions permanentesSalle Optique Géométrique :-Les expériences de réfractionair/eau mettent en évidence lapropagation de la lumière dans l’airet dans l’eau. Les élèves peuventconstater le phénomène deréfraction sans que le professeur s’yattarde.Salle LumièreZone historique :-Les élèves découvrent commentRömer a démontré que la vitesse dela lumière était finie en étudiant lalumière provenant des satellites deJupiter.(écran tactile).-Les élèves découvrent commentArago a démontré en utilisant un

miroir tournant que la lumière vaplus vite dans l’air que dans l’eau,argument en faveur de la natureondulatoire de la lumière.-Puis sur l’écran tactile, ils verrontcomment Foucault a repris cetteexpérience afin de mesurer lavitesse de la lumière dans l’air.Salle Soleil et Planètes :Panneau Planétologie : utilisation dela vitesse de la lumière pourdéterminer la distance entre deuxastres, application à la déterminationde la distance Terre-Lune par laméthode d’Écho-Laser.